Đồ Án Gmpls và kỹ thuật lưu lượng

TÓM TẮT
Một trong những yêu cầu quan trọng cho mạng thế hệ mới là kỹ thuật lưu lượng hiệu quả để quản lý và đáp ứng lưu lượng Internet đang bùng nổ và cung cấp bảo đảm chất lượng dịch vụ. Giao thức IP đã trở thành giao thức chuẩn phổ biến cho các dịch vụ mạng mới, lưu lượng IP sẽ tăng nhanh và thay thế dần các loại giao thức khác. Cũng nhằm mục đích cung cấp băng thông yêu cầu hiệu quả cho nhiều dịch vụ, mạng quang DWDM được phát triển và triển khai như mạng chuyển mạch xương sống. Cùng với sự phát triển của truyền dẫn quang, công nghệ GMPLS ra đời cho phép linh hoạt kết nối hoạt động giữa mạng IP/MPLS và mạng truyền dẫn quang. Bên cạnh đó, GMPLS ra đời như một quy luật tất yếu để tạo ra một mặt phẳng điều khiển chung cho các thiết bị có khả năng chuyển mạch khác nhau (chuyển mạch ghép kênh phân thời gian, chuyển mạch gói, chuyển mạch bước sóng, chuyển mạch dãy bước sóng, chuyển mạch sợi quang). Trên mặt phẳng điều khiển chung, các thiết bị sẽ trao đổi các thông tin điều khiển như thông tin quản lý lỗi và giám sát liên kết (giao thức LMP), thông tin phân phối nhãn và quản lý đường dẫn (giao thức báo hiệu GMPLS RSVP-TE hoặc GMPLS CR-LDP), thông tin phân phối trạng thái và topo mạng (giao thức định tuyến GMPLS OSPF hoặc GMPLS IS-IS). Ý tưởng mở rộng MPLS thành GMPLS để điều khiển mạng quang và ghép kênh phân thời gian TDM trong SONET/SDH đã gặp không ít thách thức. Luận văn này tập trung làm rõ một số vấn đề để giải quyết các thách thức đó:
 Kỹ thuật phân cấp LSP cho phép nhiều LSP trong miền MPLS có thể được lồng vào một LSP trong miền quang (GMPLS). Kỹ thuật này được giới thiệu trong chương 2 của luận văn.
 Kỹ thuật bó nhiều liên kết dữ liệu thành một bó liên kết (hay một liên kết lưu lượng) để giảm kích thước cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết của giao thức định tuyến. Kỹ thuật này được trình bày trong chương 2.
 Quá trình thiết lập, duy trì các kênh điều khiển và liên kết dữ liệu để hình thành một liên kết lưu lượng trong miền quang thông qua giao thức LMP được trình bày trong chương 6.
 Một số mở rộng trong giao thức định tuyến OSPF-TE thành GMPLS OSPF-TE để quảng bá một LSP trong miền quang như một kế cận chuyển tiếp (một loại liên kết lưu lượng) và sử dụng trong giao thức định tuyến. Các mở rộng được trình bày một phần trong chương 2 và một phần trong chương 4.
 Một số mở rộng trong giao thức báo hiệu RSVP-TE thành GMPLS RSVP-TE
(hoặc CR-LDP thành GMPLS CR-LDP) để thiết lập các LSP xuyên qua miền quang dựa trên kết quả của quá trình định tuyến. Các mở rộng được trình bày một phần trong chương 2 và một phần trong chương 5.
 Ngoài ra, luận văn còn đề cập đến cấu trúc hoạt động giữa mạng IP và quang WDM được trình bày trong chương 3. Đặc biệt, luận văn tập trung vào mô phỏng hoạt động của mô hình chồng lớp (overlay) giữa mạng IP và quang. Cụ thể hơn sẽ mô phỏng quá trình sử dụng tập giao thức GMPLS để phát hiện, khôi phục sự cố trong miền quang cũng như mô phỏng định tuyến ràng buộc (ràng buộc trên một số thông số lưu lượng) trong GMPLS.
Tóm tắt nội dung chính của luận văn gồm các chương sau:
Chương 1: IP/MPLS và WDM. Giới thiệu sơ lược về các giao thức định tuyến, báo hiệu trong mạng IP/MPLS làm cơ sở để trình bày các nội dung liên quan đến GMPLS ở các chương sau
Chương 2: GMPLS. Trình bày cấu trúc mạng cũng như các yêu cầu, thách thức đặt ra trong miền GMPLS và cách giải quyết.
Chương 3: MPLamdaS. Trình bày sơ lược cấu trúc và hoạt động của IP trên quang.
Chương 4: Định tuyến trong GMPLS. Trình bày những cải tiến, mở rộng giao thức định tuyến OSPF để giải quyết các yêu cầu đặt ra trong miền GMPLS.
Chương 5: Báo hiệu trong GMPLS. Trình bày những cải tiến, mở rộng giao thức báo hiệu RSVP và CR-LDP để giải quyết các yêu cầu đặt ra trong miền GMPLS.
Chương 6: Giao thức LMP. Trình bày tính năng, cách hoạt động của giao thức LMP làm chức năng quản lý trong GMPLS.
Chương 7: Mô Phỏng. Tóm tắt sơ lược chức năng, công cụ phần mềm GLASS và một số kết quả mô phỏng.
MỤC LỤC
CHƯƠNG I: IP/MPLS và WDM . 9
I/. Định Tuyến IP/MPLS: 9
I.1/. Định tuyến IP cổ điển: .9
I.2/. Định tuyến dựa trên các ràng buộc (Constraint-Based Routing) .12
II/. Báo hiệu (điều khiển) trong IP/MPLS: . 22
II.1/. RSVP và RSVP-TE: 23
II.2/. CR-LDP 27
III/. Chuyển mạch nhãn MPLS: . 28
III.1/. Ưu điểm của chuyển mạch nhãn: 28
III.2/. Cấu trúc một node MPLS: 29
III.3/. Các khái niệm cơ bản trong MPLS: 30
III.4/. Phân phối (distribution) và liên kết (binding) nhãn: 32
III.5/. Trao đổi nhãn và chuyển tiếp lưu lượng: .32
IV/. Kỹ thuật lưu lượng IP/MPLS: . 33
IV.1/. Định nghĩa Kỹ Thuật Lưu Lượng: 33
IV.2/. Kỹ Thuật Lưu Lượng Trong Mạng IP/MPLS: .34
V/. WDM: . 39
V.1/. Khái niệm 39
V.2/. Ưu điểm: .39
V.3/. Nhược điểm: 39
V.4/. Lịch sử phát triển: 39
V.5/. Một số khái niệm trong WDM: 40
CHƯƠNG II: GMPLS 41
I/. Giới thiệu: 41
II/. Các thách thức đặt ra khi muốn sử dụng MPLS để điều khiển mạng
quang và mạng ghép kênh phân thời gian SONET/SDH: . 41
II.1/. Các thách thức: 41
II.2/. Cách giải quyết: .42
III/. Router chuyển mạch nhãn LSR và đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP
trong miền GMPLS: 43
IV/. “Bó liên kết” (link bundle) trong GMPLS: . 43
IV.1/. Liên kết (link) trong miền IP/MPLS: 43
IV.2/. Kế cận (Adjacencies) trong miền IP/MPLS: .44
IV.3/. Liên kết lưu lượng (TE link) trong miền IP/MPLS: 44
IV.4/. Liên kết lưu lượng (TE link) trong miền GMPLS: 44
IV.5/. “Bó liên kết” trong miền GMPLS: 45
IV.6/. Ràng buộc đối với liên kết thành phần khi tạo bó liên kết: 46
IV.7/. Định tuyến đối với bó liên kết: .47
IV.8/. Báo hiệu đối với bó liên kết: .47
IV.9/. Các thông số lưu lượng của bó liên kết: 47
V/. Phân cấp LSP trong GMPLS: . 48
V.1/. Kế cận chuyển tiếp FA (Forwarding Adjacency) trong miền GMPLS: .48
V.2/. Khía cạnh định tuyến liên quan đến kế cận chuyển tiếp FA: .50
V.3/. Xác định biên của các đường dẫn chuyển mạch nhãn kế cận chuyển tiếp FALSP:
V.4/. Khía cạnh báo hiệu liên quan đến kế cận chuyển tiếp FA: 52
VI/. Các cải tiến trong giao thức định tuyến sang miền GMPLS: . 54
VI.1/. Hỗ trợ các liên kết (lưu lượng và thành phần) không được đánh số: 54
VI.2/. Quảng bá thông tin về kiểu bảo vệ cho liên kết lưu lượng: 55
VI.3/. Quảng bá thông tin về nhóm liên kết có cùng mức độ rủi ro SRLG: .56
VI.4/. Quảng bá thông tin về khả năng chuyển mạch giao diện ISC (Interface
Switching Capability): 56
VII/. Các cải tiến trong giao thức báo hiệu sang miền GMPLS: . 58
VII.1/. Bản tin yêu cầu nhãn tổng quát: 58
VII.2/. Nhãn tổng quát: .59
VII.3/. Báo hiệu cho chuyển mạch dãy bước sóng (waveband): 60
VII.4/. Nhãn đề nghị: 60
VII.5/. Không gian nhãn: 61
VII.6/. LSP song hướng: .62
VII.7/. Xử lý nhãn tường minh: 63
VII.8/. Báo hiệu về thông tin bảo vệ của LSP: 64
VII.9/. Báo hiệu thông tin trạng thái quản trị: .65
VII.10/. Tách biệt giữa kênh điều khiển và kênh dữ liệu: 65
VII.11/. Báo hiệu định danh giao diện (interface): 65
CHƯƠNG III: MPLamdaS 67
I/. MPLamdaS: 67
I.1/. Các mặt phẳng điều khiển và dữ liệu IP, MPLS và quang: .67
I.2/. Các mô hình hoạt động: 71
I.3/. Xếp chồng IP/MPLS/WDM: .72
II/. Tương quan giữa mô hình mạng quang và kiến trúc MPLS: . 79
II.1/. Sự tương đồng giữa OXC và LSR: .79
II.2/. Sự khác biệt giữa OXC và LSR: 79
II.3/. Sự tương đồng giữa LSP và OSP: 79
II.4/. Sự khác biệt giữa LSP vàOSP: .80
II.5/. Yêu cầu chung cho mặt phẳng điều khiển của OXC: 80
II.6/. Mặt phẳng điều khiển lưu lượng MPLS và OXC: .81
CHƯƠNG IV: Định tuyến trong GMPLS . 82
I/. Khác biệt giữa định tuyến IP và định tuyến trong miền quang 82
II/. Cải tiến OSPF cho GMPLS . 83
II.1/. Link Local/Remote Identifier .83
II.2/. Link Protection Type .83
II.3/. Shared Risk Link Group (SRLG) .84
II.4/. Interface Switching Capability Descriptor 84
CHƯƠNG V: Báo hiệu trong GMPLS 87
I/. RSVP: 87
I.1/. Bản tin Notify .87
I.2/. Các thành phần bổ sung GMPLS RSVP-TE 87
I.3/. Tiến trình thiết lập kết nối trong GMPLS RSVP-TE 91
I.4/. Tiến trình xóa bỏ kết nối trong GMPLS RSVP-TE 92
II/. CR-LDP . 92
II.1/. Các vấn đề liên quan đến định dạng nhãn: 92
II.2/. LSP song hướng: .94
II.3/. Thông báo khi có lỗi nhãn: .94
II.4/. Xử lý nhãn tường minh: .94
II.5/. TLV bảo vệ: 95
II.6/. Thông tin trạng thái quản trị: 95
II.7/. Tách biệt giữa kênh điều khiển và kênh dữ liệu: .95
II.8/. Xử lý sự cố/lỗi: 95
CHƯƠNG VI: Giao thức LMP Trong GMPLS 97
I/. Giới thiệu: 97
II/. Tổng quan giao thức LMP: . 99
III/. Quản lý kênh điều khiển: . 101
III.1/. Đàm phán thông số kết nối: 102
III.2/. Giao thức Hello: .102
IV/. Mối tương quan tính chất liên kết: 104
V/. Kiểm tra kết nối liên kết: . 104
VI/. Quản lý, giám sát sự cố/lỗi: 108
VI.1/. Phát hiện sự cố: 108
VI.2/. Cơ chế định vị sự cố/lỗi: .109
VI.3/. Ví dụ về cơ chế định vị sự cố: 109
CHƯƠNG VII: Mô phỏng 112
I/. Giới thiệu công cụ mô phỏng: . 112
I.1/. Một số công cụ mô phỏng mạng: .112
I.2/. Tổng quan công cụ mô phỏng GLASS: .112
I.3/. Kiến trúc thiết kế của công cụ mô phỏng GLASS: .115
I.4/. Giao thức: .119
I.5/. Khả năng mô phỏng sự kiện của GLASS: .120
I.6/. Khả năng hỗ trợ GMPLS trên miền quang WDM của GLASS: .121
II/. Bài toán mô phỏng cụ thể: 122
II.1/. Mô phỏng MPLS trên mạng toàn quang: 122
II.2/. Mô phỏng kỹ thuật lưu lượng trên miền GMPLS: 135